Nitrification And Denitrification

Nitrification

Ang Nitrification ay ang biological transformation ng ammonium (NH₄⁺) sa nitrate (HINDI₃^–) sa pamamagitan ng oksihenasyon. Ang oksihenasyon ay tinukoy bilang pagkawala ng mga electron sa pamamagitan ng isang atom o tambalan, o isang pagtaas sa estado ng oksihenasyon nito. Ang proseso ay pinapatakbo ng dalawang uri ng nitrifying aerobic bacteria na nangangailangan ng presensya ng mga molecule ng oksiheno na nabuwag sa kanilang kapaligiran, upang mabuhay. [i]

Una, chemoautrophic bacteria (pangunahin ang mga genus Nitrosomonas) convert ammonia (NH₃) at ammonium sa nitrite (HINDI₂^–). Ang "chemoautrophic" ay tumutukoy sa kakayahan ng bakterya na lumikha ng sarili nitong mga nutrients mula sa isang tulagay na pinagmulan, katulad ng CO₂. Ang proseso ay kinakatawan ng kemikal na equation:

2NH₄+ + 3O₂ → 2NO₂^– + 2H₂O + 4H⁺ + enerhiya

Pagkatapos bakterya lalo na mula sa Nitrobacter Pag-convert ng grupo ng nitrite sa nitrate sa sumusunod na reaksyon:

2NO₂^– + O₂ → 2NO₃^– + enerhiya

Ang mga reaksyong ito ay nangyayari nang sabay-sabay at medyo mabilis - karaniwang sa loob ng mga araw o linggo. Mahalaga na ang nitrite ay ganap na binago sa nitrate sa mga soils, dahil ang nitrite ay nakakalason sa buhay ng halaman.

Ang mga nitrates na nasa lupa ay ang pangunahing pinagkukunan ng nitrogen na ginagamit ng mga halaman. [ii] Kaya ang paglipat ng nitrogen mula sa isang anyo patungo sa isa pa, na kilala bilang cycle ng nitrogen, ay isang mahalagang bahagi ng industriya ng agrikultura. [iii]

Bago maganap ang mga hakbang na ito, ang organic nitrogen ay pinaghiwa ng heterotrophic bacteria sa pamamagitan ng hydrolysis upang bumuo ng ammonium at ammonia sa isang proseso na kilala bilang ammonification. ⁱ Ang ammonia ay matatagpuan sa urea mula sa mga basura ng hayop, mga pag-compost at pagdurog na mga pananim na takip o mga residu ng pananim. Ang ammonium ay matatagpuan sa karamihan ng mga pataba.

Nitrifying bakterya ay mas sensitibo sa stresses sa kapaligiran kaysa sa iba pang mga uri ng bakterya sa lupa. Kapag ang lupa ay puno ng kahalumigmigan para sa mga matagal na panahon, ang pores ng lupa ay punuin ng tubig, nililimitahan ang suplay ng oxygen. Nitrifying bacteria ay nangangailangan ng aerobic kondisyon upang gumana, kaya pagbabawas ng baha nitrification.

Ang mga dalisay na soils ay may posibilidad na magkaroon ng mataas na konsentrasyon ng asin at ang nagresultang kaasinan ay negatibong nakakaapekto sa nitrifying activity ng bakterya. Ito ay dahil nadagdagan ang osmolarity na nagpapataas ng dami ng enerhiya na kinakailangan ng mga mikroorganismo upang ilipat ang tubig sa kanilang mga lamad ng cell. Mahalaga rin ang tubig para sa paggalaw ng solutes, tulad ng nitrates, sa pamamagitan ng lupa. ⁱⁱ

Nitrifying bakterya ay pinakamahusay na gumaganap sa isang pH sa pagitan ng 6.5 at 8.5 at temperatura sa pagitan ng 16 at 35 degrees C. ⁱ Nitrification rate ay mas mabagal sa napaka acidic soils, habang ang mataas na alkalinity binabawasan Nitrobacter aktibidad, na nagiging sanhi ng isang hindi nakapipinsalang build-up ng nitrite sa lupa.

Ang pH ng lupa ay maaaring maapektuhan din ng partikular na mapagkukunan ng ammonium nitrified. Halimbawa, ang solusyon sa monoammonium pospeyt (MAP) ay mas acidic kaysa sa diammonium phosphate (DAP); kaya ang paggamit ng mga resulta ng DAP sa mas mataas na rate ng nitrification kaysa sa MAP.

Ang karamihan ng mga bakterya ay matatagpuan sa itaas na ibabaw na layer, kaya nitrification tanggihan kapag ang mga kasanayan sa pagbubuhos ay hindi maayos na pinamamahalaan.

Ang mga lupa na may mataas na luwad na nilalaman ay may mas malaking mga particle at mas puwang sa micropore para sa paglago ng bacterial, pati na rin ang higit na pagpapanatili ng ammonium dahil sa mas mataas na kapasidad ng kation exchange. ⁱⁱ Ang mga relasyon sa tubig at mga pisikal na katangian ng lupa ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagbawas-hanggang paglilinang.

Nitrification maaaring inhibited sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga mabibigat na riles at nakakalason compounds, o sobrang mataas na concentrations ng amonya.

Minsan maaari itong maging kapaki-pakinabang upang mapanatili ang nitrogen sa lupa sa anyo ng ammonium. Pinipigilan nito ang pagkawala ng nitroheno (sa pamamagitan ng leaching ng nitrates) at nitrogen gas escape (sa pamamagitan ng denitrification). Ang mga inhibitor na ginagamit sa komersyalisasyon ay kinabibilangan ng dicyandiamide at nitrapyrin.

Denitrification

Ang denitrification ay ang biological transformation ng nitrate sa nitrogenous gases sa pamamagitan ng pagbawas. Ito ay laging sumusunod sa nitrification ⁱ at ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon ay maaaring kinakatawan bilang mga sumusunod:

HINDI₃^– → WALANG₂^– → HINDI → N₂O → N₂[iv]

Ang proseso ay ginagampanan ng facultative bacteria; ang mga bakterya na hindi nangangailangan ng pagkakaroon ng libreng oxygen para sa paghinga. Ang denitrifying bacteria ay mga heterotrophic na organismo dahil kailangan nila ng isang pinagkukunan ng organic na pagkain, sa anyo ng carbon, upang mabuhay. Maaaring magsimula ang Denitrification nang mabilis hangga't ilang minuto pagkatapos ng pagbibigay-sigla sa proseso.

Ang pagtanggi ay maaaring pumipinsala sa pag-crop ng produksyon, dahil ang nitrogen, isang nutrient na mahalaga para sa paglago ng halaman, ay nawala sa kapaligiran sa panahon ng proseso. Gayunpaman, ito ay kapaki-pakinabang sa mga nabubuhay sa tubig at sa industriya o dumi sa alkantarilya paggamot wastewater, bilang nitrayd konsentrasyon sa tubig ay lowered. ⁱ

Ang pagtulo o runoff mula sa pananim dahil sa paggamot ng pataba ay maaaring maging sanhi ng labis na dami ng nutrient na ito upang magwakas sa mga katawan ng tubig, kung saan ang mga nitrogenous compound ay may iba't ibang nakakapinsalang epekto sa parehong tao at nabubuhay sa tubig. ^iv

Ang amonyako ay nakakalason sa mga species ng isda at stimulates algae paglago, pagbabawas ng mga antas ng oxygen sa tubig at nagreresulta sa eutrophication. Ang nitrates ay nagiging sanhi ng pinsala sa atay, mga cancers at methemoglobinemia (kakulangan ng oxygen sa mga sanggol), habang ang mga nitrite ay tumutugon sa mga organic compound na tinatawag na mga amine upang bumuo ng mga carcinogenic nitrosamine. ⁱⁱ

Kapag ang mga antas ng oxygen sa mga soils o tubig ay maubos (anoxic kondisyon), denitrifying bakterya break down nitrates para sa paggamit bilang isang oxygen source. Ito ay karaniwang nangyayari sa mga tubig na may tubig kung saan mababa ang antas ng oxygen. Ang nitrayd ay nabawasan sa nitrous oxide (N₂O) at minsan pa sa nitrogenous gas. Ang mga bula ng gas na ito ay tumakas sa kapaligiran. ⁱ

Ang gas na nabuo ng denitrifiers ay depende sa mga kondisyon sa lupa o tubig at kung anong uri ng microbial community ang naroroon. Ang mas kaunting oxygen ay may posibilidad na magresulta sa higit pang nitrogen gas na nabuo, ang pinaka-karaniwang produkto ng denitrification. Ang gas na nitroheno ang bumubuo sa pangunahing bahagi ng hangin. Ang ikalawang pinaka-karaniwang produkto na nabuo ay nitrous oxide, isang greenhouse gas na nagtatanggal din sa ozone layer ng Earth. ^iv

Ang denitrifying bacteria ay mas sensitibo sa mga nakakalason na kemikal kaysa sa nitrifiers at mahusay ang paggana sa isang pH sa pagitan ng 7.0 at 8.5 at mas mainit na mga temperatura sa pagitan ng 26 at 38 grado. Ang pangyayari sa karamihan ay nasa ibabaw ng ibabaw ng lupa, kung saan ang pinakamataas na aktibidad ng mikrobyo.

Ang mga denitrifiers ay nangangailangan ng sapat na nitrayd concentration at isang natutunaw na mapagkukunan ng carbon; Ang pinakamataas na rate ay nangyayari kapag gumagamit ng methanol o acetic acid. Ang organikong carbon ay maaaring matagpuan sa pataba, pag-aabono, pagtakpan ng mga pananim at mga residu ng crop. ⁱ

Ang pagbabawas ng denitrification sa mga soils ng crop ay nakamit sa pamamagitan ng pagpapanatili ng minimum na konsentrasyon ng nitrate na kinakailangan para sa paglago ng halaman, tulad ng paggamit ng kontrolado-release na mga fertilizers. Ang isa pang paraan ay pagbabawas ng nitrification, na binabawasan ang mga antas ng nitray na magagamit para sa denitrification.

Ang mga antas ng Denitrification ay may malawak na saklaw sa iisang larangan, dahil sa maraming mga kadahilanan tulad ng mga katangian ng lupa (kabilang ang pagsasama, macropores at basa) at mga pagkakaiba-iba sa pataba, organikong bagay at pamamahagi ng residue ng crop.

Ang mga uri ng pataba ng nitrogen, pati na rin ang mga pamamaraan ng aplikasyon, ay naiulat na nakakaapekto sa denitrification. Halimbawa, ang pinahiran na mga kinokontrol na mga abono, pati na rin ang mga application ng pagbubuntis at pagsasahimpapawid, ay bumababa ang nitrous oxide emissions kaysa sa dry granular urea at concentrated band applications. Ang mas malalim na pagkakalagay ng nitrogen ay bumaba rin sa mga emisyon na ito.

Ang mga tuluyang panahon na sinusundan ng isang biglaang ulan ng ulan ay madalas na isang trigger para sa denitrification, na maaaring pinamamahalaan sa mga sistema ng paagusan at patag na patubig. ^iv

Buod

Nitrification

• Sinusunod ang proseso ng pagpapaimbabaw
• Pagbabagong-anyo ng ammonium sa nitrate
• Reaksyon ng oksihenasyon
• Pinadali ng dalawang pangunahing uri ng chemoautrophic aerobic bacteria: Nitrosomonas at Nitrobacter
• Proseso ng dalawang hakbang: pagbabalik ng ammonium sa nitrite, pagkatapos ay ang conversion ng nitrite sa nitrate
• Lumilikha ng nitrogen nutrient form na magagamit para sa pagsipsip ng mga ugat ng halaman
• Reactant (ammonium) na natagpuan sa urea mula sa mga basura at fertilizers ng hayop, composts at decomposing cover crops o mga residu ng crop
• Nitrifiers mas sensitibo sa stresses sa kapaligiran
• Pinipigilan ng pagbaha, mataas na kaasinan, mataas na kaasiman, mataas na alkalinity, labis na pag-ulan at nakakalason na mga compound
• Napapaboran ng mga kondisyon ng aerobic, pH sa pagitan ng 6.5 at 8.5, mga temperatura sa pagitan ng 16 at 35 degrees C at mataas na luad na nilalaman

Denitrification

• Sinusunod ang proseso ng nitrification
• Pagbabagong-anyo ng nitrate sa nitrogenous gases, pangunahing nitrogen at nitrous oxide
• Pagbabawas ng reaksyon
• Facilitated ng heterotrophic facultative bacteria
• Sequence of steps: conversion ng nitrate sa nitrite, to nitric oxide, to nitrous oxide at sa wakas sa nitrogen
• Nagpapawalang-sala sa mga sistema ng wastewater at nabubuhay sa tubig sa pamamagitan ng pagpapababa ng mga antas ng nitrayd
• Reactant (nitrate) na nabuo sa pamamagitan ng nitrification, habang ang mga mapagkukunan ng carbon para sa mga denitrifiers ay matatagpuan sa pataba, sumasakop sa mga pananim at mga residu sa pananim, o ibinibigay ng methanol o acetic acid
• Ang mga Denitrifiers ay mas sensitibo sa mga stress sa kapaligiran
• Pinipigilan ng pinababang nitrification, binabaan ang mga antas ng nitrayd, malalim na pagkakalagay ng pinahiran na kinokontrol na palabas na pataba at pagpapatapon ng lupa

Pinopropesiya ng pagbaha, anoxic kondisyon, pH sa pagitan ng 7.0 at 8.5, temperatura sa pagitan ng 26 at 38 degrees C, sapat na supply ng nitrates at nalulusaw na carbon at puro band application ng dry granular urea.